Razumevanje črnskih načel
Če v odprti posodi (na primer vedru) zmešamo vročo in hladno vodo, se toplota prenese iz vroče vode v hladno vodo. Ker je posoda odprta, se del toplote prenese na zrak. Posoda se tudi segreje. Toplote, ki jo sprosti vroča voda, ne absorbira le hladna voda, temveč tudi zrak in posoda. V tem primeru je vedro neizoliran sistem.
Ko v zaprtem termosu mešamo vročo in hladno vodo, se toplota prenaša iz vroče vode v hladno vodo. Termoska posoda je izoliran sistem , zato se toplota ne prenaša na zrak ali termos. Toploto, ki jo sprosti vroča voda, preprosto absorbira hladna voda, dokler mešanica ne doseže toplotnega ravnovesja.
Blackovo načelo pravi, da je v izoliranem zaprtem sistemu toplota, ki jo sprosti objekt z visoko temperaturo, enaka toploti, ki jo absorbira objekt z nizko temperaturo.
Blackova osnovna formula
Qlepas = Qabsorbirati
Opis: Qlepas = toplota, ki jo sprosti visokotemperaturni objekt, Qabsorbirati = toplota, ki jo absorbirajo predmeti z nizko temperaturo.
Primeri vprašanj o Blackovem načelu
1. Kos vročega železa z maso 1 kg in temperaturo 100 oC damo v posodo z vodo, ki tehta 2 kg in ima temperaturo 20 oC. Kolikšna je končna temperatura zmesi? Specifična toplota železa = 450 J/kg Co, specifična toplota vode = 4200 J/kg Co.
Razprava:
Znano je :
m železa = 1 kg, Tbesi = 100 oC, m vode = 2 kg, Tzrak = 20 oC, c železa = 450 J/kg Co, c vode = 4200 J/kg Co.
Vprašal :
T-mešanica?
Jawab :
Železo ima višjo temperaturo kot voda, zato železo sprošča toploto, voda pa jo absorbira.
(m)(c)(ΔT) = (m)(c)(ΔT)
(1)(450)(100-T) = (2)(4200)(T-20)
(450)(100-T) = (8400)(T-20)
45000 – 450T = 8400T – 168000
45000 + 168000 = 8400 T + 450 T
213000 = 8850 T
T = 213000 : 8850
T = 24 oC
Suha Končna temperatura mešanice vročega železa in hladne vode, ko sta oba v toplotnem ravnovesju, je 24 oC.
2. Vprašanje št. 20 za nacionalni izpit iz fizike za študijsko leto 2015/2016 SMA/MA
75 gramov vode s temperaturo 0 ° C zmešamo s 50 grami vode, tako da je temperatura zmesi 40 ° C, zato je začetna temperatura 50 gramov vode ...
A. 125 ° C
B. 120 ° C
110 ° C
D. 100 ° C
E. 80 ° C
Razprava
Znano je, da:
Masa vode 1 (m 1 ) = 75 gramov
Začetna temperatura vode 1 (T1 ) = 0 ° C
Masa vode 2 (m 2 ) = 50 gramov
Končna temperatura mešanice (T) = 40 ° C
Enote mase so enake, zato pretvorba ni potrebna.
Želena: Začetna temperatura vode 2 ( T2 )
Odgovor:
Blackovo načelo pravi, da je v izoliranem zaprtem sistemu toplota, ki jo sprosti objekt z visoko temperaturo, enaka toploti, ki jo absorbira objekt z nizko temperaturo.
Sproščeni Q = absorbirani Q
m1c ( ΔT1 ) = m2c ( ΔT2 )
Specifična toplota vode je enaka, zato c izločimo iz enačbe.
m1 ( ΔT1 ) = m2 ( ΔT2 )
(75)(40 – 0) = (50)(T2 – 40)
(75)(40) = (50)(T2 – 40)
3000 = 50 T 2 – 2000
3000 + 2000 = 50 T2
5000 = 50 T2
T2 = 100
Pravilen odgovor je D.
3. Vprašanje št. 20 za nacionalni izpit iz fizike za študijsko leto 2015/2016 SMA/MA
200 gramov kovine segrejemo na 120 ° C, nato pa jo damo v 100 gramov vode s temperaturo 30 ° C. Po ravnovesju temperatura zmesi doseže 60 ° C. Če je specifična toplota vode 4200 J.kg -1 ° C -1 , potem je specifična toplota kovine ...
A. 10,5 J.kg -1o C -1
B. 105 J.kg -1o C -1
C. 150 J.kg -1o C -1
D. 1050 J.kg -1o C -1
E. 1500 J.kg -1o C -1
Razprava
Pretvorba masnih enot iz gramov v kilograme (mednarodni sistem enot)
Znano je, da:
Masa kovine (m1 ) = 200 gramov = 0,2 kg
Temperatura kovine (T1 ) = 120 ° C
Masa vode (m² ) = 100 gramov = 0,1 kg
Temperatura vode (T2 ) = 30 ° C
Končna temperatura mešanice (T) = 60 ° C
Specifična toplota vode (c² ) = 4200 J.kg⁻¹ ° C⁻¹
Vprašanje: Specifična toplota kovine ( c1 )
Odgovor:
Sproščeni Q = absorbirani Q
m1 c1 (ΔT1) = m2 c2 (ΔT2)
(0,2)(c1 ) (120 – 60) = (0,1)(4200)(60 – 30)
(0,2)(c1 ) (60) = (0,1)(4200)(30)
12 c 1 = 12600
c1 = 12600 / 12
c1 = 1050
Pravilen odgovor je D.
4. Vprašanja za nacionalni izpit 2018 za višjo srednjo šolo/poklicno srednjo šolo
V ponev s 400 ml vode s temperaturo 35 ° C vlijemo 250 ml vrele vode (100 ° C) . Ko nastopi toplotno ravnovesje, je temperatura zmesi ... (specifična toplota vode 1,0 cal.gr⁻¹ ° C⁻¹ )
Razprava
Znano je:
Temperatura tople vode = 100 ° C
Prostornina vroče vode = 250 ml = 0,25 litra = 0,25 dm³ = (0,25)(1000 cm³ ) = 250 cm³
Temperatura hladne vode = 35 ° C
Prostornina hladne vode = 400 ml = 0,4 litra = 0,4 dm³ = (0,4)(1000 cm³ ) = 400 cm³
Specifična toplota vode = 1,0 cal.gr⁻¹ . ° C⁻¹
Gostota vode = 1 gr/ cm³
Vprašanje: Temperatura mešanice
Džavab:
Izračunajte maso vroče in hladne vode z uporabo formule za gostoto:
m = ρV
m = masa, ρ = gostota, V = prostornina
Masa vroče vode: m = ρ V = ( 1 gr/cm³ ) (250 cm³ ) = 250 gramov
Masa hladne vode: m = ρ V = ( 1 gr/cm³ ) (400 cm³ ) = 400 gramov
Izračunajte temperaturo zmesi z uporabo Blackove formule:
Toplota, ki jo absorbira hladna voda = toplota, ki jo sprosti vroča voda
mcΔT = mcΔT
Specifična toplota je enaka, zato jo izločimo iz enačbe.
m ΔT = m ΔT
(400)(T-35) = (250)(100-T)
400T – 14000 = 25000 – 250T
400T + 250T = 25000 + 14000
650T = 39000
T = 39000 / 650
T = 60 ° C
